Byggnadssektorn ansvarar för dryga 40 procent av världens primärenergi samt 32 procent av den slutliga energianvändningen [39], vilket är förståeligt då största delen av den världsliga byggnadssektorn byggdes innan första energikrisen. Med denna
kännedom till grund har renovering och ombyggnad av äldre byggnader ökat till konsekvens av stigande energipriser och krav på energieffektivisering [40].
Vilka regler och lagar som gäller och bör åtlydas vid nybyggnation och renovering av en byggnad förnyas och skärps årligen. Detta inkluderar även lagar gällande
byggnadens energianvändning och sker i samråd med berörda företag för att byggnaden
16
och dess energieffektiva installationer skall vara så optimala och energieffektiva som möjligt till en överkomlig ekonomiskt uppnåbar kostnad. Renovering av en äldre byggnads termiska klimat är en lönsam investering, men kan inte jämföras med en nybyggnations termiska klimat, vilket inte endast beror av ny teknik utan är planerat utifrån placering i väderstreck, storlek av fönster, undvikande av köldbryggor samt byggnadskonstruktionen och dess form [41]. Renovering av tak och byte av fönster är de mest kostnadskrävande investeringarna vid förbättring av klimatskalet och de viktigaste [40]. Även en specifik uppskattning av lönsamhet för renovering av en byggnad är svår att avgöra, då byggnader skiljer sig från varandra i olika former och storlekar [41]. Artikeln påstår enligt dess referenser att 50 procent av
byggnadsmarknaden i i-länder är sysselsatt med renovering av äldre byggnader i strävan att sänka energianvändningen och nå de internationella och nationella energimålen.
För en befintlig äldre byggnad med avseende att minska energibehovet till
lågenergianvändning är en minskning av U-värdet för klimatskalet en omfattande åtgärd. Transmissionsförlusten går att sänka på två sätt, nämligen genom minskning av värmekonduktiviteten eller minskning av temperaturdifferensen. Byggnadsarean och utetemperaturen är svåråtgärdade, och fokus ligger därför på tilläggsisolering av väggar, tak och byte av fönster och dörrar samt sänkning av inomhustemperaturen. 20-40
procent av transmissionsförlusterna genom klimatskalet är en uppnåelig minskning med byte av fönster, dörrar och tilläggsisolering av klimatskalet för en äldre befintlig
byggnad [42].
3.12.1 De tre generella förbättringsförslagen
I dagsläget delas åtgärder in i undergrupper för tydliggörande av dess effekt på energianvändning och CO2-emissioner. Åtgärder för minskad energianvändning kan delas upp i tre generella riktlinjer i följande ordning [11];
(i) replace the existing housing stock with low-energy buildings designed primarily to minimise heating and cooling loads;
(ii) develop, and achieve widespread replication for, low-energy domestic equipment (e.g. appliances, lighting and IT); and
(iii) promote and achieve “energy-conscious” behaviour among end users.
Dessa tre riktlinjer har även anpassats och modifierats mot Svenska byggnadsbeståndet i [19], som istället delar in dem i byggnadstekniska och installationstekniska åtgärder samt beteendemässiga mönster. Byggnadstekniska åtgärder avser byte av dörrar eller tilläggsisolering medan installationstekniska åtgärder avser till exempel styrning, inreglering, effektivisering av distribution eller injustering av flöden m.m.
Beteendemässiga åtgärder brukar avse bland annat användning av varmvatten eller inomhustemperatur. För ytterligare förtydligande kan åtgärder även delas upp i passiva samt aktiva. Passiva åtgärder är exempelvis isolering vilken arbetar passivt för sänkt energianvändning, det vill säga drar ingen energi. Aktiva åtgärder för nämnande av exempel är installation av ventilation med VVX vilken använder energi för minskning av energianvändning [19].
3.12.2 Fönster
Byggnader med äldre 2-glasfönster kan ha ett U-värde på ca 2,9 och är idag en av klimatskalets stora svagheter då U-värdet ofta är mycket högre än övriga delar av byggnadsskalet. Fönstren har då större värmeförluster än till exempel omringande väggar. Äldre fönsters U-värde är i överlag sämre på grund av otillräcklig isolering vid
17
karmar och infästningar vilket kan leda till högt luftläckage i byggnaden. En byggnad med hög otäthet i kallare klimat skapar idag stora värmeförluster genom infiltration.
Lufttäthet är därför en viktig faktor för upprätthållande av en byggnads termiska
komfort. Studier utförda på tegelväggar med fönster och dess täthet [43] visar att fönster starkt påverkar tätheten av en byggnad och bör därför hållas ogenomträngliga för icke önskad infiltration. Tätning av fönster och dörrar kan minska infiltrationen i
självdragsventilerade byggnader och därmed minska den ofrivilliga luftomsättningen med upp till 0,2 oms/h [19]. Äldre fönster har stor potential att förbättra sitt U-värde, som väggar har med isolering. Studier visar att byte av fönster från U-värdet 1,2 till 0,8 (W/m2K) kan spara mellan 5-15 procent av byggnadens totala uppvärmnings- och kylbehov [44]. Idag finns även fönster med lägre U-värde och kan beroende på specifikation och leverantör sänkas till 0,56 (W/m2K) [45].
Det är inte bara läckage och värmeförluster vilka bör beaktas vid val av fönster. Det finns även ett tillskott i form av solstrålning vilket kan ge både ett värmetillskott på vintern och minskat behov av belysning under året. Studier undersökande solstrålning mot fönster, ur ett energibesparingsperspektiv, antyder att ju lägre U-värde ett fönster har desto mindre är även uppvärmningsbehovet. Sänkt U-värde kan erhållas med applicering av beläggning på fönstret i form av en tunn film vilken motverkar solinstrålning. Med denna åtgärd kan kylbehovet samt energibehovet för belysning sänkas med upp till 26 procent gentemot ett fönster med vanlig solinstrålnings-avskärmning, i form av persienner för dagsljus [46].
3.12.3 Isolering
Vad gäller isolering för äldre byggnader med genomgående tegelvägg är oftast det enda alternativet till förbättring invändig isolering [40], då byggnadsexteriör och fasad oftast är av kulturhistoriskt värde och bör bevaras [47], även då utvändig tilläggsisolering är fördelaktigare. Invändig tilläggsisolering gör att ytterväggens temperatur blir kallare och försvårar uttorkningen av fukt i väggen vilket kan skapa frostskador i
tegelkonstruktionen. Hög relativ fuktighet i väggarna till följd av invändig isolering kan utsätta väsentlig byggnadskonstruktion, som bärande träbjälkar, för bland annat röta och mögel [40],[48] samt [47]. En sammanställning av tidigare undersökningar [48], visar en möjlig energibesparing med 62-78 procent genom tilläggsisolering av väggar och tak samt byte av fönster. Artikeln i fråga kom genom beräkning fram till en teoretisk
besparing motsvarande 39-61 procent av det årliga energibehovet, beroende på
varierade inomhustemperatur mellan 22-24 °C. Artikelns resultat efter uppmätning och modellering med IDA ICE visar att en besparing på 47 procent av energibehovet är möjlig för en tegelbyggnad sedan tidigt 1900-tal.
Med hjälp av det totala värme- och kylbehovet samt antalet ortsspecifika gradtimmar kan den optimala tjockleken för tilläggsisolering tas fram, enligt en litteraturstudie [49], där besparad kWh jämförs med investeringskostnaden.
3.12.4 Ventilation
Endast tätning av klimatskalet, för en otät byggnad, möjliggör ett 20 procent lägre energibehov för ventilation [42]. En studie utförd i svenska flerfamiljshus konstaterar att en besparing på större än 50 procent av det totala värmebehovet för ett
F-ventilationssystem är uppnåeligt med CO2- och RH-styrd ventilation [50]. Vid styrschema baserat på närvaro uppgår besparingen till 20 procent av totala
värmebehovet. CO2- och närvarostyrd ventilation kan öka RH-nivåerna beroende på om dörrar hålls stängda eller öppna emellan rummen. Studien utfördes med simulering i IDA ICE med mätning, i lägenhet, samt beräkning som referens, där studieresultaten
18
överensstämde. IDA ICE är ett användbart hjälpmedel för projektering av åtgärder vid nybyggnation, nyprojektering och övriga utredningar vad gällande byggnadens
energiprestanda [50]. Ytterligare en studie nämner en 35 procentig uppnåelig minskning av fläktars energianvändning vid behovsstyrd F-ventilation vid växling mellan två varvtalslägen styrda utifrån CO2- och RH-differensen mellan uteluft och avluft [51].
Vid styrning utifrån CO2, RH, närvaro och alla tre tillsammans kombinerade, som en fjärde indikator för närvarostyrd F-ventilation, är en 25-60 procentig besparing av värmeförlusterna från ventilationssystemet möjlig [52]. Det finns stor
energibesparingspotential för behovsstyrd F-ventilation. Dock skapar enbart frånluft ett uppvärmningsbehov av den kalluft som ersätter den uppvärmda luften som lämnar byggnaden via avluft. För önskad minskning av uppvärmningsbehovet samt effektivare ventilation bör installation av ett FT- system med värmeväxlare (FTX) installeras.
Ventilationslösning med FTX-systemet återvinner värme ur frånluften till den undertempererade tilluften för minskat uppvärmningsbehov i värmebatteriet. Studier gjorda visar att vid installation av VVX i mekaniskt system bör en
plattmotströmsvärmeväxlare eller roterande värmeväxlare väljas med motivering mest fördelaktiga utifrån verkningsgrad och återbetalningstid [53]. Vid val av
plattmotströmsvärmeväxlare, med verkningsgrad på upp till 85 procent, möjliggörs en ungefärlig 85 procentig återvinning av värmeenergin i frånluften direkt tillbaka till tilluften [53]. Detta medför ett sänkt uppvärmningsbehov på resterande 15 procent. Vid kombination av VVX och CO2 styrd ventilation kan behovet av tillförd energi för ventilation sänkas med ytterligare 20-30 procent [54].
3.12.4.1 Självdragsventilation
Självdragsventilation, även kallad naturlig ventilation (eng. natural ventilation), är ett passivt system där ventilering utav en byggnad sker utan energitillförsel. Ventileringen i en byggnad uppstår av luftens temperatur- och densitetsskillnad mellan ute- och
inneklimatet. Denna typ av ventilation var vanligast innan elektricitet ersatte drift och kontroll av ventilering [55].
Förekomsten av självdragsventilation bland kontorslokaler är mycket liten, närmare 0 % enligt STIL-rapporten [31]. Mest använda ventilationssystem bland de inventerade byggnaderna i STIL-rapporten är CAV-system med 75 %. Drivkraften för
självdragsventilation beror av termiska krafter där temperatur- och tryckskillnad är avgörande för ventilering [56]. Då dessa varierar kraftigt över ett år är kontinuerlig ventilation svåruppehållen.
Hälsoaspekter svåra att beakta vid självdragsventilation kan vara svåruppehållande luftflöde i bad- och duschrum. Oavsett orsak till besparingsåtgärd eller förbättring av ventilation är det viktigt att byggnaden är tät för att undvika fuktskador. Statens energimyndighet nämner fuktrelaterade problem som en möjlig uppkomst vid bland annat självdragsventilering på grund av övertryck i byggnaden [56].
3.12.4.2 Sjukahus-sjukan
Sjukahus-sjukan, benämnd Sick Building Syndrome (SBS), är ett uppkallande samlingsnamn efter symptom upplevda av byggnadens ockupanter, där de nämner följande symptom som orsak;
”Symptomen kan vara trötthet, tung i huvudet, illamående, yrsel, koncentrationssvårigheter, klåda, sveda, ögonirritation, täppt/rinnande näsa, heshet, hosta, torr hud i ansiktet eller på händer, hudrodnad och stramningar i ansiktet, osv”.
[32].
19
Besvären försvinner ofta en tid efter att byggnaden lämnats, men återkommer vid återbesök. Orsakerna kan bero på bristande ventilation, fukt- och mögelskador, kopiatorer, laserskrivare och övrig kontorsutrustning samt dålig städning [32].
Orsakerna är dock inte fullständigt konstaterade och färdigt kartlagda.
3.12.5 Belysning
Allt sedan uppkomsten och användandet av belysning har arbetsmiljöerna getts fördelaktiga möjligheter till bättre arbetsvillkor. I takt med forskning om ljusets påverkan för arbetsmiljö har standarder för installerad belysning (W/m2) angetts för bland annat lokaler. Detta vilseleder dock ljusstyrkan, lampans ljusflöde, då denna nivå anges i Lumen (lm) vilken varierar för olika ljuskällor vid samma installerade effekt, [57].
Energin för belysning utgår ifrån en formel, (Antal lampor × effekt × brinntid) där energibesparing uppnås genom att minska någon av formelns tre ingående faktorer.
Energin går även att sänka, utan att försämra ljusflödet genom att som tidigare nämnt byta till lågenergilampor där lm är den samma vid lägre effekt. Brinntiden, tiden lampan är tänd, går att minska genom tidigare kända enkla åtgärder som beteendeförändring hos ockupanter, som till exempel att släcka belysning vid utträde ur kontorsrum.
Närvarostyrd belysning möjliggör att detta sköts automatiskt. Även schemastyrd belysning undviker lampor tända i onödan efter avslutat arbete. Besparingspotentialen vid reglering av sensorstyrd belysning vid beaktande av faktisk solinstrålning i lokalen möjliggör, enligt [58], en besparing på dryga 5 procent av elbehovet för belysning.
Studier gällande framtida användning av elektrisk belysning visar en teoretisk energiintensitet på dryga 10 kWh/m2 och år i lågenergikontorsbyggnader [59]. I
Sverige är energianvändningen för belysning i medeltal 21 kWh/m2 och år vilket ger en besparingspotential på ca 50 procent [59].
3.12.6 Beteende
Beteendemässiga åtgärder, vilka tidigare nämnts, är en av tre generella vägar mot sänkning av energibehovet. Studier gjorda av Wood and Newborough [11] nämner vardagliga förändringar som tillämpning av energismart utrustning och teknik,
hushållning av energi och ett effektivare energibeteende till effektiva energibesparande åtgärder, vilka inte kräver byggnadsspecifika åtgärder. Studier om ockupanters beteende visar att förändringar i beteendemönster har störst potential i byggnaders
energianvändning för energibesparing med upp till 86 procent [60]. Dock visar studier på ockupanters bemötande vid åtgärder att det generellt är mer accepterat med tekniska åtgärder än förändring i beteende och minst accepterat är förändrad konsumtion [61].
60 procent av lokalers totala energianvändning går till uppvärmning och tappvarmvatten [1]. Studier gjorda på viktiga faktorer för sänkt energibehov visar att 55 procent av ockupanterna inte vill ha en inomhustemperatur överstigande 20 °C, ändå är 22 °C vanligast förekommande [62],[19]. Studier gjorda på självdragsventilerade byggnader visar att fönster sommartid är öppna 10-40 procent i onödan på grund av vädring, då inomhustemperaturen är lägre än utomhustemperaturen. Detta bidrar till en indirekt ökad energianvändning då elektriska fläktar och annan apparatur i form av luft/luft-värmepump kräver ökad elanvändning [63].
3.12.7 Avloppsförluster
Avloppsförluster går att reglera utan större kostnad bland annat genom energieffektivt beteende hos residenter. Exempelvis att inte använda varmvatten mer än nödvändigt, inte diska under rinnande vatten samt duscha kortare är tre enkla kända
20
besparingsåtgärder för minskning av avloppsförluster. Avlopp delas in i flera
underkategorier där värmeåtervinning ur byggnadens spillvatten, vilket kallas förorenat konsumtionsvatten, endast anses lönsam. I vanliga fall som tidigare nämnts [32],[31]
samt [19], går 25-30 procent av totala vattenanvändningen till varmvatten i till exempel handfat, wc och duschar och brukar vanligtvis spolas direkt ut i avloppet. Med moderna avloppsvärmeväxlare kan idag en verkningsgrad på upp till 25,4 procent uppnås enligt tester gjorda av Sveriges Tekniska Forskningsinstitut [64].
3.12.8 Värme
Installation av termostatventil för radiatorer möjliggör en 10-30 procentig besparing av det årliga värmebehovet jämfört med värmesystem utan termostatventiler [65].
Ytterligare besparingar av det årliga energibehovet uppnås genom isolering av rörstammar, där tidigare nämnd artikel anger en besparingspotential på 2-5 procent jämfört med nakna rörstammar i värmesystemet.
3.12.9 Solinstrålning
Extern solavskärmning är ett ypperligt hjälpmedel för kontroll och minskning av
oönskat energitillskott i form av solinstrålning. Tillräckligt ansenlig solavskärmning kan minska det årliga kylbehovet med upp till 30 procent, vilket även bidrar till förbättrad inomhustemperatur och ett mer komfortabelt inomhusklimat för byggnadens residenter [65]. Artikeln nämner även att ljusa omslutande ytor i ett rum minskar kylbehovet med 2-4 procent, jämfört med mörka rum, tack vare ljusa ytors lägre absorbering av
värmestrålning.
21